CERN pierwsze globalne laboratorium Magdalena Kowalska CERN Physics

CERN - pierwsze globalne laboratorium Magdalena Kowalska CERN, Physics Department

Menu • • • Co to jest właściwie CERN? Kilku CERN-owskich Noblistów Co badamy? Obecne przyspieszacze Przykłady eksperymentów: cząstki elementarne (LHC i CNGS) fizyka jądrowa i atomowa antymateria na ziemi i we Wszechświecie • Wiele więcej: skanery PET, WWW, GRID, ‘Anioły i Demony’, …

CERN jako organizacja Europejska jednostka badawcza założona w r 1954: • Utrzymywana ze składek 20 Europejskich krajów członkowskich • Nie jest uniwersytetem, zatem nie może nadawać tytułów (magister, doktor, itp), ALE: • Współpracuje z instytutami z całego swiata

Położenie pomiędzy Szwajcarią i Francją CERN (Prevessin) CERN (Meyrin) Do Genewy

CERN jako laboratorium Położone pod Genewa, na granicy Szwajcarsko-Francuskiej Główna część laboratorium (Meyrin site): w Szwajcarii, oficjalna waluta: Frank Szwajcarski Mniejsza część (Prevessin site): we Francji Kadra: • 2500 pracowników opłacanych całkowicie z budżetu CERN (głównie pracownicy administracyjni, technicy, inżynierowie; tylko 100 -200 pracuje jako fizycy, z czego większość teoretycy) • 10 000 tzw. “użytkowników” – inżynierowie i fizycy wysłani przez instytut macierzysty do CERNu (na 5 -100%): >600 instytutow; 113 narodowosci Budżet (2011): 1000 MCHF

CERN jako globalne laboratorium Użytkownicy CERNu w styczniu 2012 roku: CERN: 60 staff, 33 Fellows, 14 technical students, 7 doctoral students

CERN-owscy Nobliści: W tym i ten z polskimi korzeniami … 1984: Carlo Rubbia i Simon Van der Meer za odkrycie cząstek W i Z 1992: Georges Charpak, urodzony w Dąbrowicy za wkład w rozwój detektorów cząstek 1976: Sam Ting, za odkrycie mezonu J/y (jot/psi) 1988: Jack Steinberger za odkrycie neutrina mionowego

Z czego zbudowana jest materia? Jak cząstki oddziałują z otoczeniem? Jak powstał obecny Wszechświat? (historia wszechswiata zapisana jest na “magicznym kubku” z CERNu) Co badamy?

Co badamy? Oddziaływanie grawitacyjne słabe elektromagnetyczne silne Nośniki oddziaływania

Przyspieszacze CERN LHC: fizyka cząstek elementarnych i struktura nukleonów 450 Ge. V 2008 7 Te. V Fizyka jądrowa, Astrofizyka, protony Jądra ciężkie 1971 Neutrina Antymateria 1 Ge. V Fizyka jądrowa (i ciała stałego) 50 Me. V 4 Me. V/u 1959 28 Ge. V

LHC to ogromny przyspieszacz protonów (i jonów ciężkich), z którego korzystają 4 główne eksperymenty: ATLAS, CMS, ALICE, LHCb Są one bardzo dokładnym mikroskopem, który patrzy w głąb materii Cofają się w czasie, by odtworzyć chwile tuż po Wielkim Wybuchu

LHC Obwód: 27 km Głębokość: 70 -100 m Temperatura: -271. 3°C (1. 9 K) Energia: 3. 5 Te. V/wiązka (max: 7 Te. V) Intensywność wiązki: >4 e 32 /cm 2 s

Eksperymenty LHC CMS

Eksperymenty LHC

Eksperymenty: antymateria Każda cząstka posiada swój lustrzany odpowiednik antycząstkę, o tej samej masie i przeciwnym ładunku Ale czy antymateria do rzeczywiście idealne lustrzane odbicie ‘zwykłej materii’? Pomiary anty-wodoru mogą odpowiedzieć na te pytania 2010: pierwszy spułapkowany antywodór 2011: masa antyprotonu znana prawie tak dobrze jak masa protonu 2012: pierwszy pomiar wlasnosci antywodoru

Eksperymenty: neutrina Neutrina to cząstki elementarne, które niezmiernie słabo oddziałują z otoczeniem, dlatego tak trudno je zaobserwować Od niedawna wiemy, że posiadają masę, ale nie wiemy jeszcze, ile ona wynosi Czy neutrina są własnymi anty-cząstkami? 2010: Detector w Gran. Sasso obserwuje 1 neutrino tauowe 2011: Neutrina mają prawdopodobnie prędkość większą niż prędkość światła c 2012: identyfikacja problemu GPS – potwierdzenie, ze neutrina nie sa szybsze niz c; zaobserwowanie 2 -go neutrina tau

Eksperymenty: fizyka jądrowa Mimo tego, że od ponad 80 lat wiemy, że jądro atomowe składa się z neutronów i protonów, to nadal nie rozumiemy do końca, w jaki sposób cząstki te oddziałują we wnętrzu jądra Eksperymenty działające w naszej ‘fabryce’ nietrwałych jąder ISOLDE mają za zadanie znaleźć odpowiedź na to pytanie 2010: nowy typ rozszczepiania jadrowego odkryty 2011: isotopy terbu lecza guzy u myszy

Eksperymenty: antymateria i ciemna materia AMS (Alpha Magnetic Spectrometer ) Detektor anty-cząstek, który został umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 2011: AMS został wyniesiony w przestrzeń kosmiczna

Eksperyment offline: CAST CERN Axion Solar Telescope Korzysta z infrastruktury CERN i z prototypu magnesu dipolowego LHC Motywacja: poszukuje axionu, hipotetycznej cząstki, części ciemnej materii Detekcja: zmiana axionu w kwant X w silnym polu magnetycznym

I nie tylko: skanery PET: pozytronowa tomografia emisyjna Metoda diagnozowania w medycynie oparta o emisję anty-elektronu + medi-pix: nowe dokładniejsze detektory

I nie tylko: WWW 1990: w CERNie rodzi się Sieć

I nie tylko: GRID Czyli Sieć przyszłości: Cloud computing

Koniec ; )

Źródła www. cern. ch http: //www. fuw. edu. pl/~ajduk/Public/Welcome. html

Trochę historii 1951 - utworzenie tymczasowego ciała Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) 1953 - decyzja o zbudowaniu laboratorium w okolicach Genewy 17 maja 1953 - początek budowy 1957 - uruchomienie 1. akceleratora SC (Synchro-Cyclotron) 1959 – 1. przyspieszone protony z akceleratora PS (Proton - Synchrotron) 1968 – G. Charpak buduje wielodrutową komorę proporcjonalną, detektor rewolucjonizujący elektroniczne detektory cząstek 1971 - budowa 2. laboratorium wraz z SPS (Super Proton Synchrotron), uruchomienie 1. na świecie zderzacza protonów (ISR) 1983 - odkrycie bozonów W i Z 1989 - uruchomienie LEP (Large Electron-Positron Collider) 1990 - powstanie WWW

Trochę historii 1999 - pierwsze prace nad LHC, ogromnym zderzaczem protonów 2008 - LHC działa przez kilka tygodni 2010 – LHC działa pełną para po naprawach związanych z problemem z 2008 2010 – eksperyment ALPHA pułapkuje atomy antywodoru 2011 – neutrina z CERNu być może poruszają sie szybciej niż prędkość światła c 2011 – LHC pobija kolejne rekordy 2012 – eksperyment LHCb dokonuje najdokładniejszego testu Modelu Standardowego 2012 – czekamy na odkrycie Bozonu Higgsa

Co badamy?

Eksperymenty: ISOLDE “facility” Badania na “wolnych” wiązkach radioaktywnych Fizyka jądrowa Spektroskopia rozpadu jądrowego i reakcje Struktura jader Rozpady egzotyczne Fizyka atomowa Spektroskopia laserowa i pomiary mass Promienie i momenty jader, jądrowe energie wiązania Fizyka stosowana Implantowane próbki radioaktywne, izotopy do diagnozy i terapii Fizyka fazy skondensowanej i biofizyka Fizyka “fundamentalna” Astrofizyka jądrowa f(N, Z) Dedykowane pomiary mas i badania rozpadów Testy unitarności macierzy CKM, korelacje kierunku beta-jadro Dedykowane badania rozpadów jądrowych i reakcji Nukleosynteza jądrowa Procesy słoneczne

Eksperymenty: AD “facility” Antiproton Decelerator: spowalniacz anyprotonów Fizyka antyprotonów i anytywodoru Cel: zbadać energie przejścia 1 s -2 s w antywodorze Motywacja: Testy zachowania symetrii CPT (mała asymetria materia-antymateria wymaga rozszerzenia Modelu Standardowego i może wytłumaczyć brak antymaterii w obecnym Wszechświecie)

CNGS: neutrina Cern Neutrinos to Gran Sasso Ukierunkowana wiązka neutrin mionowych